Сырьевая база производства глазурованной керамической плитки

 

 

 

 

1. Сырьевая база производства глазурованной керамической плитки

 

Для производства керамической плитки используется только высококачественное сырье и материалы: глина, каолины, полевошпатовые породы, кварцевые пески, красители и плавни, фритта, флюсующие добавки и другие материалы.

Основным сырьем для производства керамических плиток являются глинистые материалы (глины и каолины), причем содержание глинистых компонентов в массах составляет не менее 45-50%, в том числе глин – не менее 30%. Решающее влияние на технологические свойства глин, применяемых для керамических изделий, имеет их минералогический состав. Минералогический состав глин очень разнообразен, что объясняется различным содержанием глинистых минералов (каолинита, гидрослюды, монтмориллонита, смешано-слойных образований) различными их сочетаниями. Важнейшим свойством глины является пластичность. По пластичности глины подразделяют:

• высокопластичные;
• среднепластичные;
• умереннопластичные;
• малопластичные;
• непластичные.

Лучше всего использовать умереннопластичные глины, т.к. малопластичные глины плохо формуются, а пластичные растекаются при сушке и обжиге. Пластичность глины можно изменить путем введения добавок, а также смешивать глины различной пластичности.

Глинистое сырье Беларуси: месторождение «Городок» (Гомельская область), месторождение «Городное» и «Туровское» (Брестская область, Столинский район), месторождение «Гайдуковка» (Минская область, Молодечненский район), месторождение «Лукомль» (Витебская область, Чашницкий район), месторождение «Гершоны» (Брестская область, Столинский район), месторождение «Кабаки» (Брестская область) [1].

Глина на основе каолинита называется каолин. Основные свойства каолина – высокая огнеупорность (1600-1800 °С), низкая пластичность и связующая спо-собность. Наибольший интерес для керамической промышленности Беларуси представляют импортируемые из Украины каолины. Месторождения природных каолинов Республики Беларусь расположены в Гомельской и Брестской областях и их промышленная разработка не ведется. Особенностью данного сырья, ограничивающей его широкое использование, является значительная запесочен-ность, присутствие железистых примесей и остатков материнской породы в виде

 

 

 

 

 

 

 

полевых шпатов, что обусловлено особенностями его минералогического состава и залегания.

Кварцсодержащие материалы играют важную роль как отощающие компоненты в пластичных плиточных массах, обеспечивающие протекание необходимых физико-механических процессов в черепке изделий при их обжиге. В плиточных массах обычно используют кварцевые пески с содержанием SiO2 не менее 90%. Предприятиями Беларуси используются кварцевые пески Добрушского ГОКа Гомельской области. Химический состав песков, мас. %: SiO2 – 97,3-98,6; Al2O3 – 0,3-0,5; CaO – 0,4-0,6; MgO – 0,13-0,15; Fe2O3 – 0,02-0,05 [1].

Полевошпатовые породы составляют большую группу алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных оксидов, главным образом оксидов калия, натрия и кальция. Наиболее крупными месторождения и предприятия-поставщики находятся на северо-западе России, в Средней Азии, в Казахстане, Восточной Сибири, на Украине и др.

Сырьевая база заводов расширилась  за счет применения местных видов сырья с добавками плавней и красителей, что создало предпосылки для расширения ассортимента выпускаемых изделий – увеличения их размеров и создания новых видов плиток с более качественной поверхностью.

Плавни – это легкоплавкие материалы, которые снижают температуру обжига керамики и обеспечивают снижение пористости. Плавни в керамических массах также способствуют и облегчают спекание черепка. Они образуют в нем стекловидную и кристаллическую фазу, уплотняя и упрочняя составные части керамической массы. Особенное значение плавни, естественно, имеют в производстве изделий со спекшимся черепком (фарфор и т. п.). К числу плавней относятся полевой шпат, мел, известняк, стеклобой.

Красители – это химические соединения, используемые для придания окраски различным материалам. Керамические красители содержат окислы и соли металлов, благородные и редкоземельные металлы, сплавляемые флюсами. В сплаве краситель находится в мелкодисперсном состоянии. Связующими веществами являются скипидар, глицерин и другие органические компоненты. Керамические краски подразделяются на надглазурные и подглазурные. Надглазурные краски наносятся на глазурованные изделия и закрепляются муфельным (декоративным) обжигом при 600-800 °С. Они весьма разнообразны по оттенкам цвета, но более легкоплавки, чем подглазурные и менее устойчивы к механическим и химическим воздействиям. В состав надглазурных красителей входят: закись кобальта, которая дает насыщенный синий цвет, окись меди – сине-зеленый, соединения марганца – фиолетовый и коричневый, окись железа – желтый и красный, платина – серые тона, иридий – черные. Добавление окисей цинка и алюминия делает цвет более насыщенным. Подглазурные краски наносятся на обожженные или только высушенные (при однократном обжиге) изделия, закрепляются одновременно с глазурным слоем в процессе  политого обжига. Глазурь – это смесь компонентов шихты, флюсующих добавок, глины и красящих оксидов, сплавленных в стеклообразную массу. Она предохраняет крас-ки от механических воздействий, высокой температуры и органических кислот. Палитра этих красок не так разнообразна, как надглазурных, так как многие керамические красители при обжиге изделии не выдерживают высокой температуры и изменяют цвет и выгорают. Подглазурную окраску производят закисью кобальта (глубокий синий цвет), азотнокислым кобальтом (синий) и хлористым железом (красно-коричневый). Применяют также платину, иридий и некоторые соединения металлов, устойчивые к высокой температуре обжига. В последнее время подглазурное декорирование стало применяться шире [4].

Керамические фритты – гранулированные стекломассы специального хи-мического состава, возникшие сплавлением шихты и следующим резким охлаждением жаркой стекломассы. Сырьевой материал для производства керамических фритт включает в себя полевой шпат, кварц, доломит, силикат циркония, оксид титана и др. После смешивания составных элементов, полученную смесь помещают в печь для варки фритт, находящейся под высокой температурой от 1550 °С до 1600 °С. Затем фритты подвергаются термической обработке в течение 24 часов. Готовая продукция имеет вид стекловидных прозрачных гранул. Она используется для получения глазурованного покрытия на напольной, настенной и наружной плитке однократного или двукратного обжига.

С целью регулирования процессов спекания наряду с глинистыми составляющими в состав керамических масс вводятся флюсующие добавки, среди которых широко применяется стеклобой различных видов, металлургический шлак и другие промышленные отходы (для низкотемпературных масс). При вводе шлаков в составы плиточных масс снижается водопоглощение, повышается морозостойкость и механическая прочность плиток [1].

Еще одним не маловажным сырьем для производства керамической плитки является топливо. В качестве основного топлива используется природный газ, мазут, угольная пыль, каменноугольный кокс, бурый уголь, каменный уголь и т. д. Оно используется для работы печей и сушилок. В сушилках и печах керамического производства осуществляются сложные и ответственные процессы, связанные с сушкой и обжигом материалов и изделий. Сушилки характеризуются процессами влагообмена, протекающими одновременно с движением теплоносителя (горячая вода или водяной пар). В промышленных печах тепловая энергия образуется за счет сжигания топлива и передается материалу или изделиям, подвергающимся тепловой обработке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Способы производства глазурованной керамической плитки

 

Принципиальная технологическая схема изготовления керамических плиток заключается в обработке глинистого сырья с добавками и приготовление формо-вочной массы, формовании изделий, сушке и обжиге их до спекания различной степени в зависимости от назначения изделий и качества глинистого сырья, дополнительной обработке, контроле и качестве готовой продукции.

Основные способы переработки глинистого сырья в формовочную массу в производстве керамических плиток – сухой, полусухой, пластический и шли-керный. Выбор способа определяется свойствами исходного сырья, видом выпускаемой продукции и объемом производства.

Различают формование изделий в зависимости от влажности и способа приготовления формовочной массы:

• сухое прессование из порошков влажностью 2-7%;
• полусухое прессование из порошков влажностью 8-13%;
• пластическое формование  из масс влажностью 14-29%;
• литье из шликера влажностью более 30%.

Во всех случаях производства керамической плитки сырьевые материалы подвергаются измельчению, дозированию и смешению. Кроме этого при необхо-димости устанавливается электромагнитная сепарация. Как правило, перед дози-рованием материал проходит контрольный просев.

В таблице 2.1 приведена краткая характеристика способов подготовки формовочной массы.

 

Таблица 2.1 – Способы подготовки формовочной массы

Способ подготовки массы	Влаж-ность массы	Применение	Содержание	Преимущества	Недостатки
1	2	3	4	5	6
Сухой	2-7%	Для глин с высокой карьерной влаж-ностью	Раздельное, грубое из-мельчение компонентов, грануляция, сушка с по-следующим помолом	Совмещение сушки и тонкого из-мельчения в одном агре-гате	Необходи-мость грану-ляции перед сушкой и при-менение высо-ких давлений при формо-вании

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1	2	3	4	5	6
Полусухой	8-13%	Для засо-ренного камневид-ными включе-ниями гли-нистого сырья понижен-ной плас-тичности и влажности	Грубое, а за-тем тонкое из-мельчение подсушенного сырья, отсев крупных включений, введение до-бавок, увлаж-нение, выле-живание	Полное удаление или тщательное измельчение камневидных включений, равномерное распределе-ние добавок	Необходи-мость сушки перед тонким измельчением, повышенный износ помоль-ного оборудо-вания, необхо-димость при-менения высо-ких давлений при формо-вании
Пласти-ческий	14-29%	Для засо-ренного камневид-ными включе-ниями гли-нистого сырья со средней влаж-ностью	Раздельное или общее, грубое измельчение с одновремен-ным удале-нием камне-видных вклю-чений, увлаж-нение, выле-живание	Полное удаление или тщательное измельчение камневидных включений; увеличение коэффициен-та вспучива-ния	сложнее, чем по сухому, бо-лее энергоем-ко, требует значительных капиталовло-жений
Шликерный	более 30%	Для глин с высокой карьерной влаж-ностью при ис-пользова-нии много-компо-нентных формовоч-ных масс и наличии подлежа-щих удале-нию кам-невидных включений	Грубое измельчение с одновремен-ным удале-нием камне-видных вклю-чений, тонкий помол и рос-пуск глины, процежива-ние, обезво-живание, про-сев, электро-магнитная очистка	Полное уда-ление камне-видных включений, обеспечение высокой сте-пени одно-родности массы	Значительная сложность и трудоемкость способа, вы-сокий расход топлива на обезвоживание шликера
Примечание – Коэффициент вспучивания – это число, показывающее во сколько раз увели-чивается объем материала при обжиге

Продолжение таблицы 2.1

1. Подготовка формовочной массы сухим способом

 

Смесь сырьевых компонентов подготавливают для сушки, сушат, измельчают до определенной толщины и хранят в силосах.

Сухой способ подготовки применяется в случаях однородных по составу и строению плотных или камнеподобных глинистых пород, имеющих низкую карьерную влажность и хорошую вспучиваемость. При сухом способе произ-водства, с сухой подготовкой сырья, формующих агрегатов не требуется. На рисунке 2.1 приведена схема подготовки формовочной массы сухим способом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.1 Подготовка формовочной массы сухим способом

 

Исходные материалы дробятся до наибольшей крупности зерен 5-20 мм на камневыделительных вальцах. В данном способе используются только дробилки (преимущественно щековые и валковые, иногда молотковые) для приготовления полуфабриката с формой зерен, приближающейся к кубической. Затем проводят смешение в смесителе с фильтрующей решеткой и грануляцию на дырчатых вальцах или на прессе с гранулирующей приставкой.

Полуфабрикатом является фракционированная крошка (1-5, 5-10, 10-20 мм, а иногда и крупнее), которую раздельно направляют в противоточный сушильный барабан. Дозировка из бункеров осуществляется при помощи наклонных эле-ваторов, ленточных дозаторов или тарельчатых питателей.

После сушки материал смешивается и подвергается дроблению с требуемой фракцией. Затем осуществляется электромагнитная очистка на магнитном сепа-раторе. Полуфабрикат далее отправляют на промежуточное хранение в бункер или силос-гомогенизатор.

 

2. Подготовка формовочной массы по полусухому способу

 

Полусухой способ применяется в случае засоренного камневидными включениями глинистого сырья, а также пониженной пластичности и влажности (8-13%), вследствие чего приходится применять при прессовании весьма высокие давления, в некоторых случаях до 100 МПа и даже выше.

На рисунке 2.2 представлена схема подготовки формовочной массы по полусухому способу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.2 Подготовка формовочной массы по полусухому способу

 

Глинистые материалы из дозирующей емкости подаются на измельчение, которое проводят с помощью зубчатых или камневыделительных вальцов. Для снижения влажности необходимо сырье направить в прямоточный сушильный барабан, а далее на промежуточное хранение в бункер. После тонкого помола и просева сырье вновь отправляют на промежуточное хранение в бункер, затем на автоматические весы для дозирования. Материал перемешивают и увлажняют водой или лучше паром, так как при этом облегчается превращение глины в однородную массу, улучшаются ее набухаемость и формовочная способность. Полученную смесь подают на двухвальный смеситель для лучшего смешения, после чего отправляют на вылеживание в силос-гомогенизатор.